8 800 302-58-17 zakaz@s22.ru Написать инженеру
Пластинчатые теплообменники

Широкие каналы пластин: когда нужны и как выбрать

Wide-gap и free-flow пластины решают задачу теплообмена там, где стандартные каналы забиваются: вязкие среды, взвеси, волокна, кристаллизующиеся продукты. Разбираем типы, зазоры и расчёт.

Что такое wide-gap Типы пластин Когда применять Расчёт зазора Примеры FAQ
⚙
Ключевой тезис: стандартный межпластинный зазор 2–5 мм рассчитан на воду и чистые жидкости с вязкостью до 100–200 мПа·с. При вязкости выше 500 мПа·с или наличии взвесей переходят на wide-gap пластины с зазором 8–16 мм. Теплопередача при этом снижается на 25–45%, зато теплообменник не забивается и работает без остановок.
🚫
Нет засоров
Зазор 8–16 мм пропускает взвеси, волокна и крупные включения без забивания каналов.
📅
CIP-промывка
Широкий канал легко промывается моющими растворами без разборки теплообменника.
📈
Малое DP
Гидравлическое сопротивление в 3–8 раз ниже, чем в стандартных каналах при той же расходе.
🏭
Пищевые стандарты
Исполнения из AISI 316L, сертифицированные для пищевой промышленности и фармацевтики.
Содержание статьи
  1. Что такое wide-gap и free-flow
  2. Стандартный зазор: 2–5 мм для чистых сред
  3. Широкий зазор: 8–16 мм — для вязких и загрязнённых
  4. Типы wide-gap пластин
  5. Когда нужны широкие каналы
  6. Особенности free-flow пластин
  7. Гидравлический диаметр и расчёт зазора
  8. Примеры применения по отраслям
  9. Сравнение: стандарт vs wide-gap
  10. FAQ: 10 вопросов и ответов

Что такое wide-gap и free-flow

Wide-gap
Пластинчатый теплообменник с увеличенным межпластинным зазором 8–16 мм (стандарт 2–5 мм). Предназначен для сред с высокой вязкостью, взвесями и включениями.
Free-flow
Разновидность wide-gap с полностью открытым каналом — пластины не имеют точек контакта. Гидравлическое сопротивление минимально. Применяется для волокнистых и кристаллизующихся сред.
Зазор канала (b)
Расстояние между двумя соседними пластинами в мм. Определяет гидравлический диаметр, скорость течения и коэффициент теплопередачи. Выбирается по реологии среды.

Стандартный зазор: 2–5 мм для чистых сред

В обычных разборных пластинчатых теплообменниках межпластинный зазор составляет 2–5 мм. Этот диапазон оптимален для воды, незамерзающих жидкостей, растворов солей и других чистых сред с вязкостью до 100–200 мПа·с.

Гофрированная поверхность пластин создаёт интенсивную турбулентность даже при невысоких скоростях, что обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи. Число Рейнольдса в узком канале переходит в турбулентный режим при Re = 100–200, тогда как в прямой трубе — при Re = 2300.

Почему узкий канал эффективнее для воды: при зазоре 2–3 мм и скорости 0,3 м/с Re достигает 500–800, что соответствует развитой турбулентности для гофрированных каналов. Коэффициент теплопередачи достигает 3000–6000 Вт/(м²·К) против 1000–2000 Вт/(м²·К) в кожухотрубных аппаратах.

Проблема возникает, когда через такой аппарат пытаются прокачать вязкую среду или продукт с взвесями. Узкий канал мгновенно забивается, давление растёт, производительность падает.

Подробнее о принципе работы — в статье принцип работы пластинчатого теплообменника.

Широкий зазор (wide-gap): 8–16 мм — для вязких сред

Wide-gap теплообменники разработаны для применений, где стандартный зазор неприменим. Зазор 8–16 мм обеспечивает свободный проход для:

  • сред с динамической вязкостью выше 500 мПа·с (джемы, томатная паста, шоколад)
  • суспензий с содержанием твёрдых частиц более 2% по объёму
  • волокнистых продуктов (пивная дробина, бумажная пульпа, соковые выжимки)
  • кристаллизующихся сред при охлаждении
  • нефтяных шламов и осадков сточных вод
Компромисс по теплопередаче: широкий зазор снижает скорость течения и турбулентность. KPT (коэффициент теплопередачи) падает на 25–45% относительно стандартного исполнения при равном расходе среды. Площадь теплообмена для той же тепловой мощности увеличивается соответственно.

Для расчёта площади пластинчатого теплообменника см. нашу услугу расчёт пластинчатого теплообменника.

Типы wide-gap пластин

Производители предлагают три основных конструктивных типа wide-gap пластин, каждый из которых оптимален для своей группы сред:

Тип пластины Зазор, мм Точки контакта Применение
Гофрированная wide-gap 8–12 Да (стандартные) Вязкие жидкости, лёгкие суспензии
Dimple plate (с вдавливаниями) 8–14 Точечные вдавливания Взвеси без крупных волокон, шламы
Free-flow (открытый канал) 10–16 Нет Волокнистые среды, кристаллизация

Гофрированная wide-gap

Конструктивно похожа на стандартную пластину, но с большим шагом и высотой гофрирования. Сохраняет некоторую турбулентность благодаря гофре. Подходит для сред вязкостью 200–2000 мПа·с без крупных включений. Широко применяется в разборных пластинчатых теплообменниках.

Dimple plate

Пластины с точечными вдавливаниями вместо волнового гофрирования. Точки контакта обеспечивают жёсткость пакета при более открытом канале. Гидравлическое сопротивление ниже, чем у гофрированной wide-gap. Применяется в молочной промышленности, при пастеризации соков с мякотью.

Free-flow plate

Пластины без гофрирования и без точек взаимного контакта. Канал полностью открыт. Жёсткость обеспечивается рамной конструкцией аппарата. Гидравлическое сопротивление минимально — потери давления в 5–10 раз ниже, чем в стандартном ПТО при том же расходе. Незаменим для волокнистых сред, кристаллизующихся продуктов и ила.

Ведущие производители wide-gap: Alfa Laval (серия Wide Gap), Tranter (GC серия), Sondex, Funke. Подбор выполняем по полному перечню пластинчатых теплообменников в нашем каталоге.

Когда нужны широкие каналы

1. Вязкость среды выше 500 мПа·с

Это главный критерий. При вязкости 500 мПа·с и выше стандартный ПТО переходит в ламинарный режим течения с Re ниже 50–100. Теплопередача резко падает, потребляемая мощность насоса растёт. Переход на wide-gap с зазором 10–12 мм позволяет поддерживать приемлемую скорость течения при разумном перепаде давления.

2. Взвешенные частицы и шламы

Взвеси с размером частиц более 0,3–0,5 мм практически гарантированно забивают стандартные каналы 2–5 мм. Для джемов, пульп, шламов и суспензий зазор канала должен превышать максимальный размер частицы не менее чем в 5–10 раз.

Правило выбора зазора по частицам: максимальный размер включения × 5–10 = минимальный зазор канала. Например, при частицах до 1 мм нужен зазор не менее 5–10 мм.

3. Волокнистые продукты

Волокна длиной более 1–2 мм ориентируются вдоль потока и образуют войлокоподобные пробки в точках контакта пластин. Для пивной дробины, бумажной пульпы, соломы, мясных фаршей необходим free-flow канал без точек контакта.

4. Кристаллизующиеся среды

При охлаждении ряда продуктов (шоколад, жиры, сахарные растворы) возможна кристаллизация непосредственно в канале. Free-flow конструкция позволяет выталкивать кристаллы потоком без закупорки.

Среда Вязкость, мПа·с Рекомендованный тип канала
Вода, рассолы, гликоли 0,5–5 Стандартный (2–5 мм)
Растительные масла 30–100 Стандартный или wide-gap 6–8 мм
Фруктовые соки с мякотью 100–500 Wide-gap 8–10 мм или dimple
Томатная паста, джемы 500–5000 Wide-gap 10–12 мм
Шоколад, жиры 1000–10 000 Wide-gap 12–16 мм или free-flow
Пивная дробина, пульпа Высокая + волокна Free-flow 12–16 мм
Ил сточных вод Переменная + взвеси Free-flow или dimple 10–14 мм

Особенности free-flow пластин

Free-flow (полностью открытый канал) — наиболее специализированный тип wide-gap. Отличительные характеристики:

  • Нет точек контакта между соседними пластинами — канал полностью свободен по всей площади
  • Перепад давления минимален — в 5–10 раз ниже стандартного при равном расходе
  • Ламинарное течение — для вязких сред Re остаётся низким, теплопередача обеспечивается за счёт большой площади
  • Возможна частичная кристаллизация в канале — продукт продолжает течь и вытекать
  • Идеально для CIP — широкий открытый канал промывается полностью без застойных зон

Сравнение разборного и полусварного пластинчатого теплообменника — важно для выбора конструктива при агрессивных или дорогостоящих средах.

Когда free-flow не нужен: если среда однородная и вязкость стабильна в пределах 200–500 мПа·с, достаточно wide-gap с гофрированными пластинами. Free-flow оправдан при волокнах, кристаллизации или очень высокой вязкости более 5000 мПа·с.

Гидравлический диаметр и расчёт нужного зазора

Гидравлический диаметр канала пластинчатого теплообменника определяет режим течения и коэффициент теплопередачи. Для плоского канала:

dh = 2 × b где b — межпластинный зазор, мм

Для гофрированного канала применяют поправочный коэффициент 0,85–0,95 в зависимости от угла и шага гофрирования:

dh = 2 × b × φ где φ = 0,85–0,95 — коэффициент формы гофрирования

Число Рейнольдса в канале:

Re = (w × dh × ρ) / μ w — скорость, м/с; ρ — плотность, кг/м³; μ — динамическая вязкость, Па·с

Алгоритм выбора зазора

  1. Определить максимальный размер включений в среде (мм)
  2. Установить зазор не менее 5–10 × размер включений
  3. Рассчитать Re при рабочей скорости 0,1–0,3 м/с (типично для вязких сред)
  4. Если Re менее 100 — увеличить зазор или скорость
  5. Рассчитать перепад давления — не должен превышать допустимое для насоса

Полный расчёт выполняют специализированные программы производителей (Alfa Laval ALFASELECT, Sondex SSP, Tranter PHE-Expert). Для ориентировочного подбора обратитесь к нашей услуге расчёт теплообменника.

Практическое правило: при вязкости среды 1000 мПа·с и скорости 0,15 м/с в канале 12 мм Re ≈ 180. Для гофрированных wide-gap это переходный режим. Коэффициент теплопередачи составит 300–600 Вт/(м²·К) — в 5–10 раз меньше, чем для воды.

Нужен подбор wide-gap теплообменника для вашей среды?

Запросить расчёт

Примеры применения по отраслям

Wide-gap и free-flow теплообменники нашли широкое применение в пищевой, бумажной и химической промышленности, а также в водоочистке.

Пивоварение: охлаждение пивной дробины
Пивная дробина — остаток после затирания солода — содержит волокна длиной 3–10 мм и взвешенные частицы. Вязкость смеси 2000–5000 мПа·с. Стандартный ПТО забивается в течение нескольких часов. Решение: free-flow теплообменник с зазором 14–16 мм. Охлаждение с 75°С до 30°С перед подачей на фильтрацию. Производительность 20–80 м³/ч. Аппарат работает без чистки до 72 часов непрерывно.
Консервное производство: томатный сок и паста
Томатный сок с мякотью содержит волокна и частицы до 2–3 мм. Томатная паста (концентрация 28–36%) имеет вязкость 3000–8000 мПа·с. Для нагрева перед пастеризацией применяют wide-gap 10–12 мм с гофрированными пластинами из AISI 316L. Рабочая температура до 130°С, давление до 8 бар. CIP-промывка каустиком и кислотой — ежесуточно.
Целлюлозно-бумажное производство: бумажная пульпа
Бумажная пульпа содержит волокна длиной 1–5 мм при концентрации 2–4% (консистенция). Попытка использовать стандартный ПТО заканчивается немедленным забиванием. Free-flow теплообменник с зазором 16 мм и гладкими пластинами обеспечивает нагрев пульпы с 20°С до 65°С перед отбелкой. Гидравлическое сопротивление на стороне пульпы не превышает 0,3 бар при расходе 200 м³/ч.

Схожие принципы применяются в разборных пластинчатых теплообменниках при работе с загрязнёнными средами в химической промышленности.

Почему выбирают wide-gap, а не кожухотрубный?

✅
Компактность: wide-gap ПТО занимает в 3–5 раз меньше места при равной мощности
✅
CIP-промывка: не требует разборки, в отличие от кожухотрубного
✅
Масштабируемость: добавление пластин увеличивает мощность без замены аппарата
✅
Меньше металла: KPT в wide-gap выше, чем в межтрубном пространстве кожухотрубного при сопоставимых условиях
✅
Пищевые требования: гладкие поверхности пластин исключают застойные зоны, соответствуют требованиям HACCP
❌
Ограничение давления: до 10–16 бар против 40–100 бар у кожухотрубных. При высоком давлении — кожухопластинчатый ТО

Сравнение: стандартный ПТО vs wide-gap vs free-flow

Параметр Стандартный ПТО Wide-gap Free-flow
Зазор канала 2–5 мм 8–12 мм 10–16 мм
KPT, Вт/(м²·К) 3000–6000 800–2000 300–800
Перепад давления Высокий Средний Низкий
Взвеси и волокна Нет Взвеси до 2 мм Волокна до 10 мм
CIP-промывка Возможна Хорошо Отлично
Кристаллизация в канале Критична Частично допустима Допустима

Детальное сравнение конструктивных типов — в статье сравнение паяных и разборных теплообменников. Для правильного выбора типа обратитесь к нашим инженерам через форму ниже.

Совет по монтажу wide-gap: wide-gap и free-flow теплообменники следует устанавливать с уклоном для слива продукта. Нижний штуцер — для слива, верхний — для вентиляции. Это особенно важно при работе с кристаллизующимися средами.
Ошибка проектирования: нельзя подбирать wide-gap теплообменник по методике стандартного ПТО с тем же коэффициентом теплопередачи. KPT при широком канале в 2–5 раз ниже. Расчёт необходимо выполнять с реальной реологией среды.
Материалы для пищевой промышленности: пластины из AISI 316L, прокладки из EPDM или NBT (без содержания асбеста), рама с полированной поверхностью Ra не более 0,8 мкм — требования EHEDG и 3-A Sanitary Standards.

Для сложных применений с несколькими загрязнёнными средами рассматривают двухконтурные теплообменники с изолированными контурами. Это исключает риск смешения продукта и хладагента.

При подборе wide-gap аппарата важно также учитывать КПД пластинчатого теплообменника — для вязких сред тепловой КПД значительно ниже, что влияет на экономику процесса.

Полный каталог разборных теплообменников от ведущих брендов — Alfa Laval, Sondex, Tranter, Funke — доступен на нашем сайте. Wide-gap и free-flow исполнения входят в стандартные линейки этих производителей.

Часто задаваемые вопросы

Wide-gap — пластина с межпластинным зазором 8–16 мм против стандартных 2–5 мм. Применяется для вязких сред, взвесей и продуктов с волокнами, где стандартный зазор забивается. Коэффициент теплопередачи ниже на 25–45%, зато аппарат работает без засоров.

Широкий канал рекомендуется при динамической вязкости среды выше 500 мПа·с (мсП) или при содержании взвешенных частиц более 2% по объёму. При вязкости 200–500 мПа·с используют wide-gap с зазором 6–8 мм или стандартный ПТО с увеличенным шагом гофрирования.

Free-flow — разновидность wide-gap с полностью открытым каналом без точек контакта пластин. Гидравлическое сопротивление минимальное. Применяется для волокнистых сред и кристаллизующихся продуктов. Wide-gap — более широкое понятие, включающее в себя гофрированные и dimple-пластины с зазором 8–16 мм.

Пивная дробина, томатная паста, фруктовые джемы, бумажная пульпа, ил сточных вод, нефтяные шламы, крахмальные суспензии, жидкий шоколад, мясные фарши, дрожжевые суспензии. Любая среда с вязкостью выше 500 мПа·с или с твёрдыми включениями.

Для плоского канала: dh = 2b, где b — зазор между пластинами в метрах. Для гофрированного канала применяют поправочный коэффициент 0,85–0,95 в зависимости от угла гофрирования. Число Рейнольдса: Re = (w × dh × рho) / mu, где w — скорость (м/с), rho — плотность (кг/м³), mu — вязкость (Па·с).

Коэффициент теплопередачи (KPT) при широком канале на 25–45% ниже из-за меньшей турбулентности. При очень вязких средах (более 5000 мПа·с) течение ламинарное, KPT составляет 200–500 Вт/(м²·К) против 3000–6000 Вт/(м²·К) для воды в стандартном ПТО. Площадь теплообмена увеличивается соответственно.

Да. Широкий канал отлично поддаётся CIP-промывке (Cleaning-In-Place). Большой зазор снижает риск закупорки при промывочных операциях. Типичный режим CIP: предполоскание водой, щелочная промывка (каустик 1–2%, 70–80°С, 20–30 мин), полоскание, кислотная промывка (азотная или лимонная кислота 1%, 60–70°С, 15–20 мин), финальное полоскание.

Стандартные wide-gap исполнения рассчитаны до 10–16 бар. Для давлений выше применяют кожухопластинчатые конструкции с широким зазором (до 40–60 бар) или переходят на кожухотрубные аппараты. При высоком давлении и вязкой среде рассматривают также полусварные теплообменники.

В гофрированных стандартных каналах турбулентность наступает при Re от 100–200 (против 2300 в трубах). В wide-gap каналах с меньшей гофрой — при Re от 300–500. В free-flow каналах без гофрирования — при Re от 2000–4000, аналогично трубам. Для вязких сред Re обычно остаётся ниже 100, теплопередача в ламинарном режиме обеспечивается большой площадью.

Dimple plate (с точечными вдавливаниями) подходит для взвесей без крупных волокон. Точки вдавливания обеспечивают жёсткость пакета, но создают локальные препятствия для волокон. Для волокнистых сред (бумажная пульпа, пивная дробина) лучше использовать free-flow пластины без каких-либо точек контакта.

Подберём wide-gap теплообменник под вашу среду

Укажите вязкость, расход, температуры и наличие включений — инженер S22 рассчитает тип канала, площадь пластин и предложит аппарат из каталога.

Читайте также

Пластинчатые ТО
Принцип работы пластинчатого теплообменника
Пластинчатые ТО
Классификация пластинчатых теплообменников
Пластинчатые ТО
Разборный пластинчатый теплообменник
Пластинчатые ТО
Полусварной пластинчатый теплообменник
Пластинчатые ТО
КПД пластинчатого теплообменника
Услуги
Расчёт пластинчатого теплообменника